ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción ―Inspección Física y Análisis Estructural para determinar operatividad de un tanque cilíndrico vertical para almacenamiento de Fuel Oíl de acuerdo a norma API 653 luego de un siniestro‖ TESIS DE GRADO Previa a la obtención del Título de: Ingeniero Mecánico Presentada por: Milton Omar Mayorga Toala GUAYAQUIL – ECUADOR Año: 2013
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL
Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción
―Inspección Física y Análisis Estructural para determinar operatividad de un tanque cilíndrico vertical para almacenamiento
de Fuel Oíl de acuerdo a norma API 653 luego de un siniestro‖
TESIS DE GRADO
Previa a la obtención del Título de:
Ingeniero Mecánico
Presentada por:
Milton Omar Mayorga Toala
GUAYAQUIL – ECUADOR
Año: 2013
AGR AD ECIMIENTO
A todas las personas que de
una u otra manera
colaboraron en la realización
de este trabajo y
específicamente a la gran
ayuda de mi Director el Ing.
Ernesto Martínez.
DEDIC ATORI A
A DIOS
A MIS PADRES
A MIS HERMANOS
Y A TODA MI FAMILIA
TRIBUNAL DE GRADUACIÓN
Ing. Kleber Barcia V. Ph.D. Ing. Ernesto Martínez L. DECANO DE LA FIMCP DIRECTOR DE TESIS PRESIDENTE
Ing. Federico Camacho B. VOCAL
DECLAR ACIÓN EXPR ESA
―La responsabilidad del contenido de esta
Tesis de Grado, me corresponde
exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la ESCUELA SUPERIOR
POLITÉCNICA DEL LITORAL‖
(Reglamento de Graduación de la ESPOL).
Milton Omar Mayorga Toala
I
RESUMEN En un terminal de almacenamiento de combustible situado en el Ecuador se
ha decidido determinar la operatividad de un tanque para contener fuel oíl
número 5.
Desde 1998 este tanque se encuentra fuera de operación debido a que en
dicho año ocurrió un siniestro dentro del mismo, ocasionando una deformidad
que se encuentra presente en las paredes del tanque. Debido al espacio
físico que ocupa el tanque sin uso en la planta y la demanda actual del
producto, es necesario mejorar la capacidad de almacenamiento de la planta,
y se decidió verificar el estado de operación del tanque con el objetivo de
someterlo a su reparación para su ubicación o eliminación total del mismo
para dejar el espacio físico para la construcción de un tanque nuevo.
Se solicitó remitir un diagnóstico de la operatividad del tanque, siendo
asignado este trabajo al suscrito para realizar la inspección física de acuerdo
al documento API 653 y su posterior análisis estructural. El objetivo de esta
tesis es presentar los diferentes pasos que se deben efectuar cuando se
realiza este tipo de trabajo.
Para la inspección dimensional se realizó un levantamiento total del tanque
dividiendo angularmente al piso en 24 sectores iguales y radialmente en 10
partes, para el levantamiento del cuerpo se dividió verticalmente a una altura
del 20% y 80% de cada anillo que conforman la pared del tanque. Para la
medición de verticalidad, redondez y asentamiento se utilizó la ayuda de una
II
estación total, también se utilizaron medidores de espesores por ultrasonido,
cinta strapping, flexómetros y tintas penetrantes para inspección de cordones
de soldaduras.
El resultado de esta tesis es establecer una metodología de inspección física
y posteriormente análisis de operatividad del tanque y sus elementos
constitutivos, determinados y basados en la norma API 653 y en cálculos
estructurales.
Luego del estudio se concluye que el tanque puede seguir operativo después
de efectuar las mejoras y reposiciones indicadas en la presente tesis.
III
INDICE GENERAL
Pág. RESUMEN...................................................................................................... I
INDICE GENERAL ........................................................................................III
ABREBIATURAS ......................................................................................... VI
SIMBOLOGIA ............................................................................................. VII
INDICE DE FIGURAS .................................................................................. XI
INDICE DE TABLAS .................................................................................. XIII
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. ......................................... 198
APÉNDICES
BIBLIOGRAFÍA
VI
ABREVIATURAS AISC American Institute steel construction
API Instituto Americano del Petróleo
ASME Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos
ASME American Society of Mechanical Engineers
ASNT American Society for No Destruct Testing
ASTM American Society of Testing Material
AV Agregan Valor
AWG American Wire Gage
AWS Sociedad Americana de Soldadura
CSA Asociación Canadiense de Normalizado
ISO Organización Internacional de Normalizado
NFPA Asociación Nacional de Protección Contra el Fuego
PWHT Tratamiento térmico - posterior a la soldadura
WRC Consejo de buscador de soldaduras
NDT Non-destructive testing
VII
SIMBOLOGIA
A Ancho de la placa anular
b Ancho.
C1, C2 Coeficiente de fuerza lateral sísmica
CA Corrosión Admisible (mm.)
Cd Esfuerzo de cedencia (MPa.)
CS Coeficiente de seguridad
D Diámetro nominal del tanque (m.)
Dmax Diámetro exterior del tanque (m.)
DTCB Tiempo de parada ocasionada por fallas
E Módulo de Elasticidad (MPa.)
Fby Mínimo esfuerzo de cedencia de la placa del fondo (MPa.)
G Densidad relativa del líquido a almacenar o del agua para
cálculo por prueba hidrostática
H Nivel máximo de diseño del líquido (m.)
H1
Distancia vertical en m, entre la viga contra viento intermedia y
el ángulo superior o la viga superior contra viento de un tanque
de extremo abierto.
H2
Altura del tanque (m), incluyendo cualquier longitud adicional
que se haya agregado como extremo libre para guía de los
techos flotantes por encima de la máxima altura de llenado.
Ht Altura total del cuerpo tanque (m.)
VIII
Ht Altura del tanque incluyendo el techo (m.)
Kpa Kilo Pascales
Kv Velocidad del viento en Km./h.
L Longitud.
m Metros
MHEUJ Número de horas hombre empleadas en trabajos de
emergencia
mm Milímetro
Mpa Mega Pascales
Ms Momento de volteo (N-m.)
MT Tiempo más común deseado para la realización de una
actividad
Mv Momento de volteo (N-m.)
NJI Número de trabajos que resultan de inspecciones
OT Tiempo mínimo de duración de una actividad.
Pa Pascal
PJCED Número total de trabajos completados a tiempo
PT Tiempo máximo o pesimista para realización de una actividad.
Pv Presión del viento (Pa.)
Sd Esfuerzo permisible por condiciones de diseño (MPa.)
St Esfuerzo permisible por condiciones de prueba hidrostática
(MPa.)
Sut Esfuerzo Máxima Tensión (MPa.)
Sy Esfuerzo de Cadencia (MPa.)
T Periodo natural de ondulación
t Espesor nominal como se ordena, a menos que sea
especificada otra cosa, del anillo superior del cuerpo (mm.)
Ta Estimación del tiempo de duración de la actividad
tactual Espesor del anillo para el cual el ancho está transformando
IX
TAMC Costo real total mantenimiento
tb Espesor de la placa anular (mm.)
TBMC Costo presupuesto total mantenimiento
td Espesores por condiciones de diseño (mm.)
TDT Tiempo total de paradas
TIC Número total de inspecciones que se completaron
TIEM Tiempo total función mantenimiento
TIPE Inversión total en planta y equipo
TIPM Tiempo total mantenimiento preventivo
TMAC Costo total de administración del mantenimiento
TMC Costo total de mantenimiento
TMCL Costo total de mano de obra de mantenimiento
TMFC Costo total de manufactura
TMMC Costo total de materiales usados en mantenimiento
TMMH Número total de horas hombre trabajadas en mantenimiento
TO Producción total
TPJ Número de trabajos planeados
TPJAM Número de trabajos planeados esperando material
TS Ventas totales
tt Espesor por prueba hidrostática (mm.)
tuniforme Espesor del anillo superior (mm.)
w Ancho actual del anillo (m.)
W
Peso del tanque lleno(N), menos la corrosión permisible y
menos el levantamiento por condiciones de presión interna y
viento sobre del techo
W1 Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve
al unirse con el cuerpo del tanque (N.)
W2 Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve
en el primer oleaje (N)
X
Wr Peso total del techo del tanque más la carga viva (N.)
Ws Peso total del cuerpo del tanque (N.)
wt Peso lineal soportado sobre el perímetro del tanque
X1 Altura desde el fondo del cuerpo tanque al centroide de la
fuerza lateral sísmica aplicada a W1 (m.)
X2 Altura desde el fondo del cuerpo tanque al centroide de la
fuerza lateral sísmica aplicada a W2 (m.)
Xs Altura desde el fondo del cuerpo tanque al centro de gravedad
de este (m)
Z Coeficiente sísmico
XI
INDICE DE FIGURAS
Figura 1.1 Esquema de tanque cilíndrico techo fijo .......................................5
Figura 1.2 Esquema de tanque techo flotante ...............................................7 Figura 1.3 Esquema de tanques esféricos ....................................................8
Figura 2.1 Esquema de las partes de un tanque .........................................38 Figura 3.1 Cinta strapping ...........................................................................49 Figura 3.2 Cinta y accesorios para medir circunferencias ...........................50 Figura 3.3 Estación total .............................................................................51 Figura 3.4 Localización de puntos de referencia .........................................55
Figura 3.5 Posicionamiento para inspección de verticalidad .......................56 Figura 3.6 Grafica de verticalidad a 0° y 180° .............................................58
Figura 3.7 Posicionamiento para inspección de redondez ..........................60 Figura 3.8 Puntos de medición para inspección por redondez ....................62 Figura 3.9 Medición del asentamiento del cuerpo (externo) ........................77 Figura 3.10 Representación gráfica del asentamiento del tanque .................78
XII
Figura 3.11 Medición del asentamiento del fondo del tanque .....................79 Figura 3.12 Asentamiento de borde ............................................................80 Figura 3.13 Grafica de asentamiento de borde externo del tanque ............83 Figura 3.14 Matriz para mediciones de espesor de pared del tanque ....... 104 Figura 3.15 Medición de espesores por ultrasonido .................................. 105 Figura 3.16 Matriz para mediciones de espesor de fondo y anillo anular........ ........................................................................................... 119 Figura 3.17 Disposiciones de láminas de fondo ........................................ 124 Figura 3.18 Disposición de láminas de techo ............................................ 126 Figura 3.19 Condición de láminas de techo .............................................. 127 Figura 3.20 Aplicación de líquidos penetrantes ......................................... 136 Figura 4.1 Centroides dentro del tanque ................................................. 142 Figura 4.2 Momento de volteo para tanques no anclados ....................... 156
Figura 5.1 Detalle para reemplazo de láminas de pared ......................... 195 Figura 5.2 Láminas de reparaciones traslapadas a la junta externa tanque-fondo ......................................................................... 196 Figura 5.3 Detalle aceptables para penetraciones en la pared ............... 197
XIII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Tipos de tanques y características de almacenamiento ...............11 Tabla 2 Numero mínimo de estaciones .....................................................55 Tabla 3 Resultado de pruebas de verticalidad ..........................................57 Tabla 4 Radios de tolerancia ....................................................................63 Tabla 5 Coordenadas iniciales para calculo de redondez .........................64 Tabla 6 Redondez a 1200mm ...................................................................65 Tabla 7 Redondez a 1800mm ...................................................................66 Tabla 8 Redondez a 2700mm ...................................................................67 Tabla 9 Redondez a 3300mm ...................................................................68 Tabla 10 Redondez a 4200mm ...................................................................69 Tabla 11 Redondez a 480mm .....................................................................70 Tabla 12 Redondez a 5700mm ...................................................................71 Tabla 13 Redondez a 6300mm ...................................................................72 Tabla 14 Redondez a 7200mm ...................................................................73 Tabla 15 Redondez a 7800mm ...................................................................74 Tabla 16 Redondez a 8700mm ...................................................................75 Tabla 17 Resultado de asentamiento de borde externo ..............................82
XIV
Tabla 18 Asentamiento a 17840mm del centro ...........................................84 Tabla 19 Asentamiento a 16055mm del centro ...........................................85 Tabla 20 Asentamiento a 14270mm del centro ...........................................86 Tabla 21 Asentamiento a 12485mm del centro ...........................................87 Tabla 22 Asentamiento a 10700mm del centro ...........................................88 Tabla 23 Asentamiento a 8915mm del centro .............................................89 Tabla 24 Asentamiento a 7135mm del centro .............................................90 Tabla 25 Asentamiento a 5350mm del centro .............................................91 Tabla 26 Asentamiento a 3565mm del centro .............................................92 Tabla 27 Asentamiento a 1780mm del centro .............................................93 Tabla 28 Materiales más comunes y esfuerzos permisibles .......................95 Tabla 29 Espesores del anillo 1 ................................................................ 106 Tabla 30 Espesores del anillo 2 ................................................................ 107 Tabla 31 Espesores del anillo 3 ................................................................ 108 Tabla 32 Espesores del anillo 4 ................................................................ 109 Tabla 33 Espesores del anillo 5 ................................................................ 110 Tabla 34 Espesores del anillo 6 ................................................................ 111 Tabla 35 Resumen de espesores registrados ........................................... 112
Tabla 36 Resumen de espesores registrados ........................................... 117 Tabla 37 Resultados de espesores de anillo anular .................................. 120 Tabla 38a Resultado de espesores del fondo ............................................. 121 Tabla 38b Resultado de espesores de fondo .............................................. 122
XV
Tabla 38c Resultado de espesores de fondo .............................................. 123 Tabla 39a Resultado de espesores del techo ............................................. 125 Tabla 39b Resultado de espesores del techo ............................................. 126 Tabla 40 Tiempos de permanencia mínimos recomendados .................... 131 Tabla 41 Parámetros de inspección .......................................................... 136 Tabla 42 Factor de modificación ............................................................... 144 Tabla 43 Clasificación Saffir-simpson ....................................................... 155 Tabla 44 Caractecteristicas del mantenimiento programado y no programado ............................................................................... 176
1
INTRODUCCIÓN
En un terminal de almacenamiento de combustible situado en Ecuador se
necesita determinar la operatividad de un tanque para contener fuel oíl
número 5. Dicho tanque tiene un diámetro exterior de 35690 mm, una altura
de 8950 mm, es de tipo cilíndrico vertical techo fijo y una capacidad de 54000
barriles. El fuel oíl es almacenado para luego ser comercializado a distintos
destinos.
Este proyecto fue asignado a una empresa verificadora en la cual laboro
como inspector en el área industrial, y se me asignó la colaboración para la
inspección y análisis de operatividad de dicho tanque. La licitación incluye
inspección general del tanque y análisis estructural.
Dentro de la inspección general se debe tener en consideración estudio del
tanque por verticalidad, redondez, asentamiento y medición de espesores de
las placas que conforman el cuerpo, fondo y techo del tanque.
Luego de la inspección general se verifica la estabilidad del tanque contra las
distintas condiciones de la zona como los vientos y posibles movimientos
telúricos.
2
Adicionalmente se detalla y se recomienda al cliente que solicitó este servicio
de los diferentes tipos de mantenimientos en tanques de almacenamientos
de combustibles y sus derivados.
Esta tesis ayuda a establecer requisitos técnicos y documentales utilizando
métodos de ingeniería, ensayos no destructivos y cálculos de estabilidad
para determinar la operatividad del tanque.
3
CAPÍTULO 1
1. GENERALIDADES
1.1 Tanques de almacenamiento
Es el conjunto de recintos y recipientes de todo tipo que contengan o
puedan contener líquidos inflamables y/o combustibles, incluyendo los
recipientes propiamente dichos (ver figura 1.1), sus cubetos de retención,
las calles intermedias de circulación y separación, las tuberías de conexión
y las zonas e instalaciones de carga, descarga y otras instalaciones
necesarias para el almacenamiento, siempre que sean exclusivas del
mismo.
4
Definición
Los tanques de almacenamiento se utilizan como depósitos para
contener una reserva suficiente de algún producto para su uso
posterior y/o comercialización.
Clasificación
Existe una gama variada de tipos de tanques, la selección está dada
de acuerdo al tipo de producto a almacenar, a la capacidad de
almacenamiento, etc. Dentro de estas condiciones podemos citar los
siguientes tipos de tanques: de techo cónico, techo flotante, techo
La inspección se realizó de acuerdo al manual interno de XXX, bajo los
lineamientos de la norrma :ASTM E 165 - 12 "Standard Practice for
Liquid Penetrant for General Industry" y a los requerimientos del cliente.
Durante la inspección no se encontró daños o defectos estructurales
que representen riesgos o peligro para su normal utilización.
Soldaduras del equipo inspeccionado no presentan discontinuidades
abiertas a superficie, no se registró presencia de porosidades.
138
CAPÍTULO 4
4. ANALISIS ESTRUCTURAL DEL TANQUE
4.1 Análisis y verificación de la estabilidad por sismo
Los movimientos telúricos son un tema muy especial dentro del diseño
de tanques verticales de almacenamiento, sobre todo con un alto grado
de sismicidad. Estos movimientos telúricos provocan dos tipos de
reacciones en el tanque:
Los movimientos de alta frecuencia provocan un movimiento lateral del
terreno donde está instalado el tanque.
Los movimientos de baja frecuencia provocan un movimiento de masa
del líquido contenido, provocando oleaje dentro del tanque.
139
El movimiento lateral de las masas, genera fuerzas que actúan en el
centro de gravedad del tanque, ocasionando la inestabilidad del
conjunto, que multiplicado por el brazo de palanca respecto al fondo,
originan un momento de volcadura, produciendo una compresión
longitudinal, provocando la deformación del cuerpo. Por lo que es
diseñado para resistir este fenómeno y para nuestro caso a solicitud del
cliente vamos a comprobar esa estabilidad.
El momento de volteo sísmico se determina mediante la siguiente
expresión:
√[ ] [ ] (Ec. 5)
Ms= Momento de volteo (N-m).
Ai= Coeficiente de aceleración espectral impulsivo.
Ac= Coeficiente de aceleración espectral convectivo.
Ws= Peso total del cuerpo del tanque (N).
Xs= altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centro de
gravedad (m).
140
Wr= Peso total del techo del tanque más la carga viva (N).
Hr= Altura total del cuerpo del tanque (m).
W1= Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve al
unirlo con el cuerpo del tanque (N).
X1= Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centroide de la fuerza
lateral sísmica aplicada a W1 (m).
W2= Peso de la masa efectiva contenida en el tanque que se mueve en el
primer oleaje (N)
X2= Altura desde el fondo del cuerpo del tanque al centroide de la fuerza
lateral sísmica aplicada a W2 (m).
Las masas efectivas, W1 y W2, se obtienen de las siguientes
ecuaciones:
141
(
)
(
)
Donde Wt es el peso del producto contenido en el tanque.
De la misma forma los valores correspondientes a X1 y X2 (ver figura
4.1) se obtienen multiplicando la altura total del fluido contenido en el
tanque (H) por:
(
)
142
[
(
)
(
)]
Los coeficientes de aceleración espectral, impulsivo (Ai) y convectivo
(Ac), son determinados de la siguiente manera.
Figura 4.1 Centroides de pesos dentro del tanque
Fuente: El Autor
Ai= Sds(I/Rw)
143
Ac= KSD1(1/Tc)(I/Rwc); Tc ≤ TL
Ac= KSD1(TL/T2c)(I/Rwc); Tc > TL
Donde SDS y SD1 son valores que dependen del sitio donde se va a
instalar el tanque, la obtención de estos valores esta detallada en el
apéndice A
El factor de importancia (I) depende del fluido a almacenarse. Si el
fluido es considerado peligroso para la vida o la salud pública y no
existe el adecuado control y prevención de este en un derrame el factor
de importancia tiene un valor de 1,5. En otro caso, el fluido es
considerado peligroso para la salud pública y existe la prevención de
este en un derrame el factor de importancia tiene un valor de 1,25. De
lo contrario el factor de importancia es 1.
Los factores de modificación (Rwi y Rwc) se obtienen de la tabla 42
Tabla 42 Factor de modificación
144
Sistemas de Anclaje Rwi Rwc
Estable sin anclaje 3,5 2
Mecánicamente anclado 4 2
API 650-07 APENDICE E
Para el coeficiente de aceleración espectral convectivo (Ac), el valor K
(coeficiente de ajuste espectral) es de 1,5 a menos que el usuario
especifique lo contrario
El periodo natural de ondulación (Tc) se lo obtiene de la ecuación.
√
Donde el factor Ks es obtenido de la siguiente ecuación.
√ (
)
145
El periodo regional de transición dependiente (TL) para largos de
grandes movimientos puede ser asumido como 4 segundos para
lugares no determinados en la ASCE 7.
La resistencia al momento de volteo respecto al fondo del tanque podrá
ser prevenido por el peso del tanque y mediante anclaje.
Un tanque es estable sin anclaje dependiendo del valor del radio de
anclaje (J), usando el siguiente criterio:
Si J ≤ 0.785; no se calcula la elevación del tanque producido por el
momento de volteo sísmico. El tanque es estable sin anclaje.
Si 0.785 < J ≤ 1.54; el tanque se eleva por el momento de volteo
sísmico pero estable y deben satisfacerse los requerimientos de
compresión del cuerpo. El tanque es estable sin anclajes.
146
Si J > 1.54; el tanque no es estable. Se debe de reforzar el fondo con
una placa angular, cambiar el espesor del cuerpo y ser anclado
mecánicamente.
Parea tanques sin anclaje, el peso del cuerpo, peso del techo y una
porción del peso de líquido contenido pueden ser usados para resistir el
volteo.
La suma del peso del cuerpo y techo dividido para el perímetro del
tanque es la carga por metro usado para resistir el volteo (W t). El peso
máximo del líquido contenido en el tanque que puede ser usado para
resistir el volteo (Wa) es:
√ ≤ 196GDH
147
Ta = Espesor de la placa del fondo debajo del cuerpo (mm)
Fy = Mínimo esfuerzo de cedencia de la placa del fondo (Mpa)
H = Altura de diseño del nivel del líquido (m).
Ge= Densidad relativa efectiva del líquido a almacenar incluyendo el
efecto sísmico vertical.
Ge = G(1-0.056SDS)
Los máximos esfuerzos longitudinales de compresión (c) del cuerpo
son los siguientes:
J < 0.785 (
)
J > 0.785 (
)
148
El máximo esfuerzo longitudinal de compresión (c) debe ser menos
que esfuerzo longitudinal de compresión aceptable (Fc) el cual es
obtenido de acuerdo a:
Si
Si
√
Verificación de la estabilidad por sismo
Momento de volteo:
√[ ] [ ]
Wt = 76865 KN
Ws = 1158 KN
Wr = 462 KN
149
Xs = 4.5 m
Para obtener los coeficientes de aceleración espectral, Impulsivo (Ai) y
Convectivo (Ac), se tienen los siguientes datos:
El factor de importancia (I) es 1,25.
De la tabla 41: Rwi = 3.5 y Rwc = 2
Los valores, obtenidos del Apéndice A para la zona sísmica 4 y un
terreno tipo D, de SDS = 0,83 y SD1 = 0,5 Por lo tanto.
(
) (
)
Para obtener el coeficiente de aceleración espectral convectivo (Ac) se
debe primero encontrar el periodo natural de ondulación (Tc):
√
Donde el factor Ks es:
150
√
√
√ √
Tc= 7.31 ˃ TL= 4 se tiene
(
)(
) (
) (
)
Para encontrar el peso total del producto tenemos
= 55000 barriles = 8744 m3
Wt = (g)() = 897(8744)(9.8) = 76865 KN
151
( (
))
(
)
( (
)) ( (
))
Las siguientes ecuaciones se utilizan para encontrar los valores de X1 y
X2:
[
(
)
( (
))
]
[
(
)
( ) (
)
]
152
√[ ] [ ]
⁄
√
√ ⁄
⁄
Para obtener el máximo peso del líquido contenido para ser usado para
resistir el volteo, se obtiene:
ta= 6mm (espesor del fondo)
153
Fy= 205 Mpa.
√ √ ( )
⁄
Siempre y cuando ⁄
⁄ ⁄
( )
154
4.2 Análisis y verificación de la estabilidad por viento.
Cuando es especificado por eI comprador, la estabilidad al volcamiento
podría ser calculada usando el siguiente procedimiento: la carga de
viento a presión será asumida como 1.4 kPa (30 IbfIpie2) en las
superficies planas verticales, 0.86 kPa (18 lb/pie2) sobre las áreas
proyectadas de la superficie cilíndrica 0.72 kPa (15 lb/pie2) en las áreas
proyectadas de superficies cónicas y superficies de doble curvatura.
El viento es aire, con una componente horizontal de movimiento. La
velocidad de las corrientes de viento varía desde cero, en calma
absoluta, hasta 535 Km/h que es la velocidad máxima que se ha
registrado.
Estas presiones están basadas en una velocidad de viento de 190 Km/h
que aunque es el 36% de la máxima velocidad registrada en el mundo,
satisface los posibles casos de viento en el Ecuador. En la tabla 43 se
muestra una clasificación de pre-huracanes y la clasificación Saffir-
Simpson. En caso de que la velocidad de la zona supere los 190 Km/h.
155
(
)
(Ec. 6)
Tabla 43 Clasificación Saffir- simpson
Tipo Características
Depresión Tropical
Grupos de tormentas que se organizan con vientos de hasta 63 Km/h, se designa como tal cuando aparece una baja presión y hay circulación de viento en el centro del grupo de tormentas.
Tormenta Tropical
Depresión que se intensifica hasta desarrollar vientos de entre 64 a 117 Km/h. En esta fase es cuando se le asigna un nombre
y el movimiento de los vientos se hace más circular
Huracán Con la baja de presión continua, la tormenta tropical se convierte
La verificación del estado de los equipos, es realizado tanto de forma
periódica como de forma accidental, permite confeccionar un archivo
histórico del comportamiento mecánico de los equipos permite la
reducción de los tiempos de parada.
175
Permite optimizar la gestión realizada por el personal de
mantenimiento, así como, determinar con exactitud el tiempo límite
de actuación, que no implique el desarrollo de un fallo imprevisto.
Facilita el análisis de las averías y permite el análisis estadístico del
sistema, así como la toma de decisión sobre la parada de una línea
de trabajo que no se realice en momentos críticos con un
conocimiento del historial de actuaciones del equipo.
Desventajas
La implementación de un sistema así de este tipo, requiere de una
inversión inicial importante, los equipos y los analizadores de
vibraciones tienen un costo muy elevado, de igual manera se debe
asignar a un personal a realizar la lectura periódica de datos.
176
El personal debe ser capaz de interpretar estos datos recopilados
que generan los equipos y tomar las conclusiones en base a ellos,
trabajo que requiere de un conocimiento técnico elevado.
Por todo ello, la implementación de este sistema se justifica en
máquinas o instalaciones donde los paros intempestivos ocasionan
grandes pérdidas, donde las paradas innecesarias ocasionen
grandes costos.
La tabla 44 las características del mantenimiento programado y no
programado del correctivo, preventivo y predictivo
Tabla 44 Características del mantenimiento programado y no
programado.
Correctivo
No Programado
Averías Inevitables que suceden de forma aleatoria en el tiempo durante el proceso de
producción
Programado
Son las acciones (trabajos o gamas) sobre las que se tiene conocimiento de lo que hay que hacer para cuando sucede la avería o para cuando se
quieran ejecutar. Se proyectan y definen los materiales, herramientas, normas, instrucciones y
los oficios que se deben utilizar.
177
Preventivo
No Planificado
o programado
Son las acciones rutinarias (trabajos o gamas) que se ejecutan a las máquinas. A las mismas se le
define los materiales, herramientas, normas, instrucciones y los oficios que deben intervenir
Planificado o
programado
Son las acciones (trabajos o gamas) que se ejecutan con una frecuencia periódica a las
máquinas. La frecuencia estará condicionada por un medidor (horas, kilómetros recorridos,
unidades o toneladas producidas, etc.). A las mismas se les define los materiales, herramientas,
normas instrucciones y los oficios que deben intervenir. Forman parte del plan de
mantenimiento.
Predictivo
No Planificado
o programado
Son acciones rutinarias (trabajos o gamas) que se ejecutan con instrumentación para el diagnóstico de las máquinas. Se definen puntos de medición,
parámetros, normas, valores límites, etc.
Planificado o
programado
Son las acciones (trabajos y gamas) que se ejecutan con instrumentación para el diagnóstico de las máquinas con una frecuencia periódica. La
frecuencia estará condicionada por un medidor (horas, días, semanas, kilómetros recorridos, unidades o toneladas producidas, etc.) A las mismas se les define los puntos de medición
parámetros, normas, valores límites, etc. forman parte de las rutas o plan de inspecciones.
Fuente: El Autor
5.5 Manejo y control de mantenimiento
Para un manejo y control del mantenimiento, es necesario que la
empresa se encuentre bien definida en departamentos u
178
organizaciones. El departamento de mantenimiento, su función será el
desarrollo un programa de mantenimiento preventivo, a través de la
prevención de problemas y la satisfacción de la operación del equipo.
Además una buena preparación del personal y del material a utilizar
durante el mantenimiento.
El análisis predictivo, es otro punto importante en el mantenimiento, la
correcta toma de datos en los equipos permitirá determinar la frecuencia
del mantenimiento en ellos así como, alcanzar los objetivos deseados.
Existen dos tipos de sistemas de mantenimiento, un mantenimiento
centrado y un descentrado; el sistema centralizado tiene los siguientes
beneficios:
El sistema centrado resulta más eficiente que el sistema
descentrado.
El sistema centrado requiere menor personal de mantenimiento y una
supervisión más efectiva.
Necesita un equipo especial de mantenimiento y personal calificado.
179
Realiza un efectivo tiempo de trabajo.
Para el mantenimiento descentrado, un grupo de mantenimiento es
asignado a realizar actividades determinadas, lo que reduce el tiempo y
trabajos de mantenimiento. Para evitar los trabajos de supervisión debe
existir un espíritu de cooperación entre producción y mantenimiento. La
combinación de trabajos centralizados y descentralizados proporciona
un mejor trabajo de mantenimiento.
Para un manejo de un programa efectivo de mantenimiento se siguen
los siguientes pasos:
1.- Identificar y examinar la existencia de deficiencias.
2.- La determinación de objetivos del mantenimiento.
3.- Establecer prioridades en el orden de actividades.
180
4.- Establecer parámetros de medidas por ejemplo, trabajos realizados
por semana y costos de reparación.
5.- Establecer planes a corto y largo plazo.
6.- Documentación necesaria para trabajos de mantenimiento.
7.- Implementar sistemas y planes de mantenimiento.
8.- Realizar reportes periódicos para la supervisión de trabajos
9.- Examinar el progreso anual respecto a los objetivos alcanzados y la
reducción de costos alcanzados.
181
La máxima productividad y operatividad de los equipos, es la
importancia del manejo de los principios de mantenimiento, que cada
persona realice su tarea en determinado tiempo y mediante un método
preestablecido bajo un control efectivo del itinerario y que los resultados
sean reflejados en objetivos cumplidos es la base para una efectiva
organización del mantenimiento.
Los elementos para un manejo efectivo del mantenimiento son los
siguientes:
1.- Utilizar la política de mantenimiento con uso de técnicas e índices de
medida.
2.- Controlar el material ya que es el 30% a 40% del costo total directo
del mantenimiento.
3.- Sistema de ordenamiento encargado de indicar la labor del personal
y un sistema de inventario.
182
4.- Un programa de mantenimiento preventivo y correctivo
5.- Planificación de trabajos con respecto a actividades y tiempos.
6.- El control del sistema mediante medidas de análisis y control.
5.6 Índices de análisis y control de mantenimiento
Estos índices son respecto al tiempo, costo y a los recursos humanos y
físicos.
Estimación del tiempo de duración de una actividad
Ta: Estimación del tiempo de duración de la actividad.
183
OT: Tiempo mínimo de duración de una actividad.
PT: Tiempo máximo o pesimista para realización de una actividad
MT: Tiempo más común deseado para la realización de una actividad.
Índices de control de gestión de mantenimiento
Índices generales
TMC: Costo total de mantenimiento
TS: Ventas totales.
184
TMC: Costo total de mantenimiento
TO: Producción total
TMC: Costo total de mantenimiento
TIPE: Inversión total en planta y equipo
Índices específicos
185
TIPM: Tiempo total mantenimiento preventivo
TIEM: Tiempo total función mantenimiento
TAMC: Costo real total mantenimiento
TBMC: Costo presupuesto total mantenimiento
TMAC: Costo total de administración del mantenimiento.
TMC: Costo total mantenimiento.
186
PJCED: Número total de trabajos planeados completados a tiempo
TPJ: Numero de trabajos planeados.
TPJAM: Número de trabajos planeados esperando material
TPJ: Numero de trabajos planeados.
MHEUJ: Número de horas hombre empleadas en trabajos de
emergencia y no planificados
187
TMMH: Número total de horas hombre trabajadas en mantenimiento
DTCB: Tiempo de parada ocasionada por fallas
TDT: Tiempo total de paradas
NJI: Numero de trabajos que resultan de inspecciones
TIC: Número total de inspecciones que se completaron
TMLC: Costo total de mano de obra de mantenimiento.
TMMC: Costo total de materiales usados en mantenimiento.
188
TMC: Costo total de mantenimiento.
TMFC: Costo total de manufactura
5.7 Calidad y seguridad de mantenimiento.
La calidad del mantenimiento es importante ya que, da un grado de
confianza al sistema o equipo reparado y lo mantiene en una operación
confiable y muy segura. Un buen trabajo conlleva obtener buenos
resultados como reducción de costos, seguridad y confianza en los
trabajos realizados. A continuación, se presenta algunas
recomendaciones para producir un buen trabajo de mantenimiento:
- Definir objetivos claros para un buen trabajo de mantenimiento antes
de comenzarlo.
189
- Se debe evitar las prácticas inseguras y seguir los procedimientos de
seguridad prescritos.
- Los reportes son importantes ya que estos proveen de una
información útil para futuras tareas.
- Asegurar que las partes reemplazadas sean sustituidas por partes
genuinas.
- Tener mucho cuidado con partes o materiales de equipos que podrían
estar deteriorados por el tiempo; Cuando una parte nueva es
reparada o cambiada hay que evitar la excesiva fuerza ya que puede
introducir nuevas fallas mientras corregimos otras.
- Previamente al momento de reparar se debe tener en cuenta la
seguridad, que exista un adecuado aislamiento y que todos los
equipos y herramientas deben estar en perfecto estado.
190
- Después de finalizado la instalación de corrección se debe realizar las
pruebas respectivas del equipo o sistema.
- Todas las tareas de mantenimiento como equipamiento, planeamiento
y análisis de fallas deben tener un efectivo historial de
mantenimiento.
5.8 Procedimientos de mantenimiento preventivo de un tanque de
almacenamiento.
Dentro de un procedimiento de mantenimiento de un Tanque de
almacenamiento existen algunos pasos que es necesario establecer
como son:
a) Cambio de dirección del fluido hacia otro tanque.
b) Drenado y Vaciado del Tanque.
c) Aislamiento del Tanque.
d) Apertura del Tanque sin entrada de personal.
191
e) Medidas de Seguridad Industrial y monitoreo de la atmósfera.
f) Desgasificación del Tanque.
g) Iluminación Interna del tanque.
h) Evacuación y Ubicación de desechos sólidos.
i) Procedimiento de evacuación de desechos sólidos.
j) Desalojo de lodos hasta lugar de disposición.
k) Tratamiento de Bioremediación de Lodos.
l) Lavado Interior del Tanque.
m) Sand Blasting de Inspección.
n) Unidad de Inspección.
o) Reparación Mecánica y Pintura.
p) Actividades Adicionales de Unidades de Mantenimiento.
q) Trabajos en el Cubeto.
192
5.9 Procedimientos de mantenimiento correctivo de un tanque de
almacenamiento.
La reparación y sobre todo el mantenimiento de un tanque, son trabajos
necesarios para conservar y restaurar un tanque en una condición de
operación segura.
Los procedimientos como reemplazo de láminas de techos, paredes,
bases y estructuras, renivelación del suelo, levantamiento de las
paredes, colocación de láminas parches, colocación de placas de
refuerzo en penetraciones, reparación de goteras y grietas, etc. son
algunos de medios utilizados para mantener una operación segura de
un tanque de almacenamiento. Los principales factores que pueden
provocar problemas para el funcionamiento de los tanques de
almacenamientos son detallados a continuación:
La corrosión interna del fondo producido por el producto almacenado
principalmente el agua.
Por la exposición al ambiente que provoca una corrosión externa.
193
Niveles de esfuerzo mayor que los permitidos según el diseño.
Cambio de las propiedades del producto como la gravedad
específica, la temperatura de operación y la corrosión.
La temperatura del diseño del tanque en el lugar de servicio.
Las cargas de techo externas como cargas de vientos y cargas
sísmicas.
Condición del asentamiento o suelo del tanque.
Propiedades químicas y mecánicas de los materiales.
Condiciones de operación, ratas de llenado, vaciado y su frecuencia.
194
Cuando es necesario reemplazar láminas completas o segmentos es
necesario verificar el espaciamiento requerido de acuerdo a la figura 5.1
de detalles para reemplazo de láminas de la pared.
Dimensiones
Mínimo espaciamiento de soldadura entre los filos de soldadura en función del espesor de la lámina de reemplazo t
(pulg.)
t ≤ 0,5 pulg. t ˃ 0,5 pulg.
R 6 pulg. Mayor que 6 pulg. o 6t
B 6 pulg. Mayor que 10 pulg. o 8t
H 3 pulg. Mayor que 10 pulg. o 8t
V 6 pulg. Mayor que 10 pulg. o 8t
A 6 pulg. Mayor que 12 pulg. o 12t
C Mayor que 3 pulg. o 5t
Notas:
1. Todas las intersecciones de soldadura deben estar aproximadamente a 90º
195
2. Primero las juntas de soldadura verticales, cortar las soldaduras horizontales existentes a un mínimo de 12 pulg. sobre las juntas verticales nuevas, posteriormente realizar la soldadura horizontal
3. Primero las juntas de soldadura verticales, cortar las soldadura del fondo y la pared a un mínimo de 12 pulg. sobre las juntas verticales nuevas, el corte debe ser hasta 3 pulg. o 5t antes de las soldaduras, posteriormente se debe realizar las soldaduras de la pared y del fondo del tanque.
Figura 5.1 Detalle para reemplazo de láminas de pared
Tomado de la norma API 653 - Sección 9.3.1
Las láminas parches, son una buena opción para reparar láminas de la
pared del tanque pero en esta condición la limitación de espesor de las
paredes no es aplicable.
Los parches son utilizados también para cerrar aberturas causadas al
remover láminas o al remover áreas severamente corroídas, también
los parches son utilizados para reforzar áreas severamente
deterioradas que no resistan las cargas de servicio del tanque. Son
usados también para reparar pequeñas goteras de la pared o para
minimizar el efecto de las goteras sobre áreas con problemas de
picado, el método de reparación, no recomienda reparar láminas con
goteras si existe presencia de gas libre dentro de gas donde será
necesario adoptar las recomendaciones dadas para trabajos en
caliente.
196
Las placas de reparación, pueden extenderse hasta intersecarse con la
junta de la pared con el fondo en este caso, la intersección tiene que
tener un ángulo de 90º de acuerdo a los requerimientos de la figura 5.2
Detalle A Detalle B
Para T ˃ al tamaño de la soldadura cuerpo-fondo
Para T ≤ del tamaño de la soldadura cuerpo-
fondo
W = el menor espesor entre la lámina de reparación
o de la lámina del fondo
Figura 5.2 Láminas de reparaciones traslapadas a la junta externa del cuerpo a fondo.
Tomado de la norma API 653 - Sección 9.3.2.1
197
En el caso de penetraciones; estas se deben realizar de acuerdo a
recomendaciones expuestas en la estándar API 650; los requerimientos
de espaciamiento dimensional y soldadura para láminas de refuerzo se
muestran a continuación (ver figura 5.3)
T y t (máximo) (pulg.)
A (pulg.)
T y t (máximo) (pulg.)
A (pulg.) B (pulg.)
9/16 1/4
9/16 1/4 1/4
3/4 5/16
3/4 5/16 1/4
15/16 3/8
15/16 3/8 5/16
1-1/8 7/16
1-1/8 7/16 5/16
1-5/16 1/2
1-5/16 1/2 3/8
1-9/16 9/16
1-9/16 9/16 3/8
1-3/4 5/8
1-3/4 5/8 3/8
Figura 5.3 Detalles aceptables para penetraciones en la pared
Tomado de la norma API 653 - Sección 9.7.2
198
CAPÍTULO 6
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Conclusiones
Se concluye que el tanque No 6 de Fuel Oil puede seguir siendo
operativo efectuando las correcciones del mismo de acuerdo a la
norma API 653.
De acuerdo con la tabla No 3 tenemos que los puntos 9 y 14 están
fuera de tolerancia cuyos valores son 105 y 104 mm
respectivamente, dando como resultados no satisfactorios en la
prueba de verticalidad.
199
Para la inspección de redondez se tiene que existen varios puntos
fuera de especificaciones tal como se representan en las tablas No 6,
7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 y 16.
El asentamiento en el borde externo del tanque obtuvo resultados
satisfactorios tal cual lo muestra la tabla No 17.
Las tablas No 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 y 27 presenta los
datos obtenidos de la prueba de asentamiento que dentro de los
cuales se evidencia gran variedad de puntos fuera de tolerancia, pero
para demostrar que los puntos están fuera del estándar el cliente
tendrá que demostrar un historial en el cual se evidencia el
asentamiento del dicho tanque cuando fue construido.
El documento realizado, es un aporte al sector industrial de nuestro
país especialmente al petrolero y derivados, de manera que se
alcanza a satisfacer con los objetivos planteados al iniciar este
documento.
Con la finalización de este estudio, el terminal se ve beneficiada por
tener un documento que puede servir de referencia para establecer
parámetros de inspección y evaluación de la situación actual de sus
200
tanques y de esta manera establecer requisitos y exigencias a los
contratistas relacionados con este tema.
Recomendaciones
Se deberá realizar un mantenimiento de las líneas y accesorios del
sistema de tuberías de manera periódica.
Al momento de realizar actividades de pintura del tanque, estas
deben ser realizadas bajo las condiciones adecuadas siguiendo
normas internacionales teniendo en cuenta la reparación de
superficie y espesores adecuados para alcanzar un buen trabajo con
calidad internamente de 10 a 12 mils y externamente 3 capas de
pintura enriquecida con zinc inorgánico, segunda capa con epóxico y
tercera capa con poliuretano con un espesor final de 8 a 10 mils
previa a una adecuada preparación superficial obteniéndose una
rugosidad de 2 a 3 mils, evitándose el uso de arena dada que está
prohibido por regulaciones medioambientales dada que esta produce
daños a la salud
201
Cuando se hayan hecho todas las adecuaciones del caso se debe
realizar la prueba hidrostática o de estanqueidad del tanque.
Dado que el tanque será alterado físicamente se deberá calibrar el
tanque para obtener la respectiva tabla de calibración que deberá ser
aprobada por la Agencia de Regulación y Control Hidro-carburiferos
(ARCH) previo a cancelación de las respectivas tasas.
Se deberá realizar un acta de prueba de inicio hidrostática donde
constarán las firmas de validación que se detallan a continuación:
Firmas del ejecutor de la obra
Firma del ente fiscalizador
Firma del representante ARCH
Antes de realizar la prueba hidrostática se deberá tomar una muestra
de agua, la cual deberá ser analizada por un laboratorio acreditado
por la MAE y por la ARCH en la cual se verificarán diferentes
parámetros exigidos por el ministerio del ambiente, luego de la
prueba se deberá ser analizado el mismo procedimientos.
APÉNDICES
APENDICE
BIBLIOGRAFÍA
1. ―API standard 12-b bolted production tanks‖
2.‖Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction API standard 653
fourth edition, April 2009‖
3. ―Section 2C-Calibration of Upright Cylindrical Tanks Using the Optical-
triangulation Method ANSUAPI MPMS 2.2C FIRST EDITION, JANUARY
2002.
4. ―Section 2D—Calibration of Upright Cylindrical Tanks Using the Internal
Electro-optical Distance Ranging Method FIRST EDITION, AUGUST 2003
ANSI/API MPMS 2.2D – 2003
5. ―API MPMS Chapter 2.2E First Edition, April 2004 ISO 12917-1:2002,
Petroleum and liquid petroleum
Products—Calibration of horizontal cylindrical tanks Part 1: Manual Methods‖.
6. ―ANSI/API MPMS Chapter 2.2F First Edition, April 2004 ISO 12917-2,
Petroleum and liquid petroleum
Products—Calibration of horizontal cylindrical tanks, Part 2: Internal Electro-
optical Distance-ranging Method ANSI/API.
7. ―Section 2B-Calibration of Upright Cylindrical Tanks Using the Optical
Reference Line Method FIRST EDITION, MARCH 1989 REAFFIRMED MAY
1996 Reaffirmed, December 2007.
8. ―API standard (American Petroleum Institute) 650-07 section 4 (Materials),
welded steel tanks for oil storage, USA 2007. Consulta realizada Enero del